【摘 要】
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随着比特币为代表的数字货币的兴起,区块链作为其底层技术也非常受到区块链业界的关注。区块链的去中心化、防篡改等特点使得其在银行等领域应用广泛,而共识算法是区块链的重要部分,对系统吞吐量、交易确认时间等方面具有重要影响。但应用于联盟链的PBFT共识算法存在缺陷,例如三阶段共识流程造成通信开销大、主节点按编号依次轮流选取、节点无法动态加入与退出等。在此背景下,本文提出了PBFT+共识算法,主要研究内容如
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随着比特币为代表的数字货币的兴起,区块链作为其底层技术也非常受到区块链业界的关注。区块链的去中心化、防篡改等特点使得其在银行等领域应用广泛,而共识算法是区块链的重要部分,对系统吞吐量、交易确认时间等方面具有重要影响。但应用于联盟链的PBFT共识算法存在缺陷,例如三阶段共识流程造成通信开销大、主节点按编号依次轮流选取、节点无法动态加入与退出等。在此背景下,本文提出了PBFT+共识算法,主要研究内容如下:（1）研究国内外关于区块链共识算法问题的现状,深入理解国内外各种区块链共识算法的原理和实现步骤。通过对比分析各种共识算法的优势和劣势,并结合一些主流的共识算法模型和方法,选取了实用性更强的PBFT共识算法作为本文主要研究的内容。（2）针对应用于联盟链的实用拜占庭容错共识算法存在主节点选取方式随意、高时延、区块高度不一致等问题,本文提出了一种改进的实用拜占庭容错（PBFT+）共识算法。首先,基于信用机制来选取主节点,引入信用层次体系对系统节点进行信用评价,选取信用值最高的节点作为主节点,可以保证主节点的最优性,通过备用主节点机制避免频繁发生视图变更所带来的开销,提高系统可用性。其次,优化PBFT算法的三阶段共识流程,将确认阶段中全网节点广播确认消息改进为由主节点收集确认信息,减少了通信开销。最后通过区块高度同步机制保证共识节点区块高度一致性,恢复故障节点的区块高度,能够快速达成共识。通过实验结果表明,PBFT+共识算法有效的减少了系统资源的消耗,降低了时延。（3）针对PBFT算法无法实现网络节点动态加入与退出的问题,本文提出一种基于PBFT共识算法的动态网络共识机制,结合环签名方案对PBFT共识算法的签名和验证过程进行改进,设计了节点动态加入与退出协议。首先,新节点可以通过环签名验证加入到区块链网络当中参与共识,能够实现网络中节点不停止运行的情况下加入。其次共识节点可以通过环签名验证退出区块链网络。通过实验验证表明,PBFT+算法的节点加入与退出用时远低于PBFT算法,结合环签名改进的PBFT算法能够有效的解决节点动态加入与退出问题。
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